حلم أينشتاين الأخير

حلم أينشتاين الأخير
النظرية الموحدة الكبرى



قضى ألبرت أينشتاين معظم حياته جاهداً في سبيل نظرية نهائية للكون توحد الكهرطيسية و الثقالة .فقد عمل في هذا الموضوع بلا كلل ولا ملل من عشرينيات القرن العشرين حتى وافته المنية عام 1955.لكن جهوده باءت بالفشل لأنه كان يجهل القوى النووية .

قدمت النظرية النسبية العامة لأينشتاين عام 1915 وصفًا جديدا للثقالة حل محل نظرية نيوتن القديمة. فوفقا لأينشتاين ليست الثقالة قوة بالمعنى التقليدي ولكنها خاصة هندسية للمكان ناشئة عن المادة التي تشغله , ينحني المكان قرب الأجسام الثقيلة . ولقد تنبأ أن الأشعة الضوئية القادمة من نجم يقع خلف الشمس سوف تنحني بفعل ثقالة الشمس , وعندما تأكدت هذه النبؤة بتجربة أثناء الكسوف الذي حصل عام 1919 , طبقت شهرة أينشتاين الآفاق بين عشية وضحاها .

كانت النسبية العامة ذروة إبداع أينشتاين العلمي .إذ أرست قواعد علم الكون الحديث ووسعت نظرية النسبية الخاصة الأولى المذهلة مفاهيمنا إلى الأبد عن المكان والزمان والحركة . إضافة إلى ذلك فقد أسهم أينشتاين في الثورة الكمومية . وقدم للعالم مفتاح الحقبة النووية بفضل معادلته الشهيرة (e=mc2 ( فماذا يأمل عالم أن يحقق أكثر من ذلك ما خلا النظرية الأساسية التي تلف الكون بوصف موحد واحد؟

في عام 1921 ادعى عالم الرياضيات الألماني تيودور كالواز أنه يمكن توحيد الثقالة و الكهرطيسية إذا كتبت معدلات أينشتاين بأبعاد خمسة وليس بأبعاد أربعة . وأضاف عالم الفيزياء السويدي أوسكار كلاين في عام 1926 أن هذا البعد الإضافي ملتف على نفسه بإحكام بحيث لا يمكن أن يرى .

قبل أينشتاين بادئ ذي بدء ما اقترحه كالوزا و كلاين , ولكنه غير رأيه بعد ذلك وسلك بعناد منهجه الرياضي فيما يتعلق بمشكلة التوحيد . كان واثقًا في البداية أنه على المسار الصحيح وأوردت الصحف عام 1929 أنه على وشك اكتشاف أحجية الكون . وكان عليه في هذا الجو المثير أن يختفي عن وسائل الإعلام .

لقد كان ذلك إنذارًا كاذباً, وكان على أينشتاين أن يعترف بأنه مخطئ . إذا قال عام 1931 لباولي الذي انتقد نظريته "تقد كنت على حق في آخر المطاف " ومع ذلك تابع أينشتاين تصديه للمشكلة بعناد حتى النهاية . توفي في 18 نيسان من عام 1955 , وكان قد طلب , قبل يوم واحد فقط , أحدث صفحات أجرى عليها حساباته المتعلقة بالتوحيد , وكان يعد لمحاولة أخيرة .

عندما بدأ أينشتاين يعمل في التوحيد , كان علماء الفيزياء يعرفون ثلاث قوى –الثقالة , والقوى الكهربائية , والمغناطيسية . وكانت القوتان الأخيرتان قد توحدتا من قبل في ستينات القرن التاسع عشر بفضل ماكسويل في القوة الكهرطيسية . على أي حال , فقد كشف النقاب في ثلاثينات القرن العشرين عن قوتين أخريين من قوى الطبيعة .هما القوة النووية الشديدة , والقوة النووية الضعيفة . فأية نظرية تصف الكون بأكمله لا بد أن تتضمن هاتين القوتين . ومع ذلك اختار أينشتاين إهمالهما لأنهما كان يتولى شأنهما الميكانيك الكوانتي الذي كان يمقته . وكان يمكن أن يكون ذلك , فيما يتعلق بأي شخص سواه , انتحارًا علميًا , ولكن أينشتاين استمر في طريقه , ولدى سؤاله ذات مرة حول المعيار الذي سيستخدمه على فراش الموت ليحكم على حياته بالنجاح أو الفشل أجاب "لا على فراش الموت ولا قبل ذلك يمكن أن يسأل هذا السؤال . فالطبيعة ليست مهندسًا ولا متعهدًا وأنا نفسي جزء من هذه الطبيعة " استمر حلم أينشاتين, وحمل جيل جديد من علماء الفيزياء فكرة النظرية الموحدة . وبعد موت أينشتاين بعشرين سنة تحققت الخطوة التالية في البحث عن صورة لقوة كونية

في أواخر أربعينات القرن العشرين وصلت صيغة رائعة من الكهرطيسية, إذ استطاعت هذه الصيغة التي كان من روادها ريتشاد فاينمان وجوليان شفينغر وسين اتيرو توموناغا, والتي تسمى الالكتروديناميك الكمومي, أن تدمج الكهرطيسية التقليدية لماكسويل مع النظرية الكمومية و النسبية الخاصة حجري الزاوية لفيزياء القرن العشرين,تبث رسائل قوة الالكتروديناميك الكمومي ذات المدى الطويل بفضل فوتونات لا كتلة لها تتردد جيئة وذهاباً بين شحنات كهربائية, كانت التنبؤات دقيقة جداً بخطاء لا يتجاوز بضعة أجزاء من المليون


جاء توحيد الكهرضعيفة نتيجة لجسيمات هغر الغريبة التي تكسر تلقائيا تناظر المكان الخالي, فبموجب الفيزياء الكمومية, لا يكون الخلاء خالياً إذ يقول مبدأ الارتياب انه مليء بجسيمات عابرة خفية تظهر وتختفي باستمرار, تعطي جسيمات هغر المكان الخالي نسيجا معروفاً باسم حقل هغر ذا خصائص أشبه بالتغضنات الخفية داخل صحيفة من الورق المقوى إن حاملات القوة الكهرطيسية عديمة الكتلة تسير على امتداد التغضنات الخفية بسهولة أما حاملات القوة الضعيفة تسير على عرض التغضنات ولهذا فهي تحتاج إلى طاقة زائدة كي تعبرها, و تمتص هذه الطاقة من حقل هغر وهكذا تبدو ثقيلة, و بدون حقل هغر تكون حاملات القوة الهرطيسية وحاملات القوة الضعيفة كلاهما بلا كتلة

في سبعينات القرن العشرين حاول علماء الفيزياء توسيع نطاق توحيد القوى لتشمل القوى الشديدة أيضاً استكمالاً لنجاح نظرية "القوى الكهرضعيفة" حيث يمكننا ضم القوى الشديدة إلى القوى الكهرضعيفة بالطريقة ذاتها التي تم بها ضم القوة الكهرطيسية مع القوى الضعيفة لأن القوتين الكهرضعيفة والشديدة, تشكلان أساساً "لقوى موحدة كبيرة "واحدة ذات التناظر ضمني . ثم كسر هذا التناظر بالية هغر, لكن الطاقات المشمولة هذه المرة, كبيرة جداً بحيث لا يوجد سوى قليل من الأمل لاختبار النظرية في تجارب عالية الطاقة.

ومع ذلك فهناك طريقة غير مباشرة لاختبار "النظريات الموحدة الكبيرة" وكما تدمج هذه النظريات القوى الثلاث فهي تربط معًا الفئتين من الجسيمات الأولية , الكواركات والليبتونات, يمكن للكواركات والليبتونات أن تتبادل الأدوار على صعيد "النظرية الموحدة الكبيرة "وهكذا يمكن للبروتونات أن تتفكك إلى ليبتونات. وهذا افتراض مثير ويشير إلى أن الجسيم الذي يشكل أساس كوننا بالذات غير مستقر.

لحسن الحظ يبلغ عمر البروتون 10 قوة 32 سنة أي بلايين أضعاف عمر الكون, لذا فليس هناك خطر فوري أن ، يتفكك العالم من حولنا.بيد أ، تفكك البروتون يعد عملية عشوائية, فإذا ما جمع عدد كاف من البروتونات تكون هناك فرصة ضئيلة لرؤية بروتون يموت مولداً دفقه مميزة من إشعاعات غاما.

لقد أجريت تجارب عديدة للكشف عن تفكك البروتون, ولكنها باءت جميعها بالفشل , بيد أ، هذا لا يعني موت "النظرية الموحدة الكبيرة " إذ لا يمكن زيادة أمد التجارب لتجاري حياة البروتون الأطول, وينبغي دفن هذه التجارب في أعماق الأرض لحجب الأشعة الكونية التي تخفي أية إشارة تدل على تفكك البروتون

يمكن توسيع نطاق الأفكار لتشمل الثقالة أيضا وبذلك سوف يمتلك علم الفيزياء,لأول مرة ,التعامل مع كل القوى الموجودة في الطبيعة.